反激式变换器输出端电容的原理分析及计算方法

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反激变换器原理

反激变换器原理
反激变换器是一种常用的电力电子变换器，通过将输入的直流电压变换成所需的输出电压来实现能量的转换。

它由高频开关管、变压器、整流电路、滤波电路和控制电路等组成。

反激变换器的工作原理如下：
1. 开关管控制：反激变换器中的高频开关管（如MOSFET或IGBT）通过开关动作，周期性地打开和关闭。

开关管的导通
和截止决定了输入电压是否能够向变压器传递。

2. 能量储存：当开关管导通时，输入电压通过变压器的主绕组向储能元件（如电感、变压器副绕组或电容）储存能量。

由于能量储存元件的特性，电流开始增加，同时电压开始降低。

3. 能量释放：当开关管截止时，储能元件会释放储存的能量。

电感元件的电流开始减小，通过变压器的副绕组向输出端提供能量。

此时输出端的电压会升高。

4. 输出整流：变压器副绕组的电压经过整流电路（如二极管桥）后，变成直流电压，用于供应负载。

5. 控制电路：反激变换器需要一个控制电路来监测输出电压，并根据需要调整开关管的导通和截止时机，以使输出电压保持稳定。

控制电路通常使用反馈回路和比较器来实现。

根据所需的输出电压和负载性质，反激变换器可以选择多种拓
扑结构，如单端反激、双端反激等。

同时，反激变换器还可以通过合理的设计，在开关管截止时将储能元件的能量转移到输入电压源中，实现能量的回馈，提高整体效率。

反激式变换器输出端电容的计算

反激式变换器输出端电容的计算
以反激式变换器的实例讲解关于输出端电容的计算，此实例为RCC 拓扑结构，输出功率6W，输出电压5V，输出电压1.2A。

在最小输入电压下，占空比为0.5，工作频率100KHz。

(为了数据简单取频率为整数)
原理分析：
第一：在反激式(RCC拓扑结构)中，输出端的电容是用来存储能量的。

当开关管导通时，输出端电容给负责供电。

那幺我们可以从电容的储能入手。

第二：在AC-DC的电源模块中我们一般使用电解电容做储能器件的，不仅仅要从电容的储能来入手，那还要从电容的EMR入手来计算。

第一种方案：
1、电容的供电纹波电流
在输出电容的正极有三个电流：一个是输出绕组供电的电流，为交电流(变化);一个是流过给负载的电流，直流(不变);还有一个就是流过电容的电流。

由上面可以知道，输出绕组的电流峰值就电容的电流纹波。

开关电源电容选择计算方法

开关电源电容选择计算方法开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约，而电解电容的寿命取决于其内核温升。

本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面，对电解电容作了全面的分析。

纹波电流产生的热量引起电容的内部温升，加速电解液的蒸发，当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时，预示着电解电容寿命的终结。

通过检查电容器上的纹波电流，可预测电容器的寿命。

本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例，重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。

1、纹波电流计算假设已知连续工作模式的反激变换器，其输出电流Io 为1.25A，纹波率r为1.1，占空比D为0.62，开关频率为60kHz，由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。

次级纹波电流ΔIo：有效值电流Io.rms：最终得到流过输出电容的纹波电流：图1直观的显示了该电容的纹波电流波形：图1 纹波电流波形2、电解电容选型由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A，综合考虑体积和成本，选择了纹波电流为1.655A的电解电容。

该纹波电流需在电源开关频率下选择，如下列图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子，不同频率下的纹波电流不同。

高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流，本设计开关频率为60kHz，频率因子为0.96~1之间，在此取1即可。

图2 电容纹波电流频率因子注：纹波电流还有一个温度系数，例如105℃电容，在85℃环境温度下，允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍，该参数一般不在电容手册中表达。

3、纹波电流实测测试电解电容纹波电流时，需将电容引脚穿入电流探头中，通过示波器可读得交流有效值。

本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示，示波器读得有效纹波电流为1.64A，与理论设计接近。

因此理论计算具有较大的工程指导意义。

图3 实测电容纹波电流4、温度测试方法测量容体表面温度Ts：需在电容器侧面的中间位置开展，如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定，需综合测量电容器表面4个点的温度，再取平均值。

反激开关电源输出滤波电容的计算与经验

反激开关电源输出滤波电容的计算与经验电源联盟---高可靠电源行业第一自媒体相关参数计算反激式开关电源输出整流滤波电路原理上是最简单的。

但是，由于反激式开关电源的能量传递必须通过变压器转换实现，并压器的初次级两侧的开关(MOSFET或整流二极管)均工作在电流断续状态。

在相同输出功率条件下，反激式开关电源的开关流过的电流峰值和有效值大于正激式、桥式、推挽式开关电源。

为了获得更低的输出电压尖峰，通常的反激式开关电源工作在电感电流(变压器储能)断续状态，这就进一步增加了开关元件的电流额定。

开关电源的电路拓扑对输出整流滤波电容器影响也是非常大的，由于反激式开关电源的输出电流断续性，其交流分量需要由输出整流滤波电容器吸收，当电感电流断续时输出整流滤波电容器的需要吸收的纹波电流相对最大。

对应的输出整流二极管的电流波形如图1，输出滤波电容器的电流波形如图2。

图1 反激式开关电源的输出整流二极管的电流波形图2 输出滤波电容器的电流波形由图1可以得到流过输出整流二极管电流峰值与平均值、有效值的关系为如下。

流过输出整流器的峰值电流与平均值电流的关系：(1) (2) (3)式中：IrecM、Irecrms、IO、Dmax分别为流过输出整流器的峰值电流、有效值电流、平均值电流和输出整流二极管的最大导通占空比。

流过输出滤波电容器的电流有效值略小于流过输出整流器的有效值电流。

式(1)、(2)、(3)表明，随着输出整流器导通占空比的减小，相同输出电流平均值对应道德峰值电流、有效值电流随占空比的减小而增加。

在大多数情况下，反激式开关电源工作在变压器电流临界或断续状态。

在变压器电流临界状态下，初级侧开关管导通占空比与输出整流器导通占空比相加为1。

在大多数情况下，反激式开关电源的输出整流器的最大导通占空比约为0.5。

这样，流过输出整流器的电流峰值与输出平均值电流之间的关系为：(4) (5)设计实例与分析某反激式开关电源的技术参数为：电路图拓扑：反激式;输入电压：85Vac~264Vac工作频率：65kHz ;输出：12V/5A;纹波电压：50mV;CLC滤波。

反激式和正激式变换器的工作原理

反激式和正激式变换器的工作原理反激式变换器和正激式变换器是电力电子领域中常见的两种变换器结构，它们在不同的应用场景下具有不同的工作原理。

一、反激式变换器的工作原理反激式变换器是一种常用的开关电源变换器，它通过开关管的开关动作来实现输入电压的变换。

反激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个滤波电容和一个负载组成。

1. 工作原理反激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。

导通阶段：当开关管导通时，变压器的一侧与输入电源相连，另一侧与负载相连。

此时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。

关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与负载相连，另一侧与滤波电容相连。

此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过滤波电容继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。

2. 特点与应用反激式变换器具有体积小、成本低、效率高等优点，广泛应用于电力电子产品中。

例如，电视机、计算机、手机充电器等都采用了反激式变换器作为其电源模块，提供稳定的直流电压。

二、正激式变换器的工作原理正激式变换器是一种将输入电压转换为输出电压的变换器，它通过不断开关的方式来实现电压的变换。

正激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个整流电路和一个滤波电容组成。

1. 工作原理正激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。

导通阶段：当开关管导通时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。

关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与整流电路相连，另一侧与滤波电容相连。

此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过整流电路继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。

2. 特点与应用正激式变换器具有输出电压稳定、抗干扰能力强等优点，广泛应用于电力电子领域中。

例如，直流电源、变频器等都采用了正激式变换器作为其电源模块，提供稳定的输出电压。

反激变换器的原理与设计

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反激变换器
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反激变换器 • 电路拓扑更为简洁，易于控制 • 在中小功率变换场合（200W以下）应用广泛 • 适合多路输出场合
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2.2 反激变换器的原理与设计
图2-1 反激变换器电路
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2.2.1 原理分析
i1
0
t
i2
0 DTs Ts (1+D)Ts t
( a ) CCM模式
i1
7
双管正激式
8
双管正激式 • 电路结构简单，适用于中小功率场合 • 不需采取附加复位电路来实现变压器磁芯磁复位 • 功率管的占空比要小于0.5
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推挽变换器
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推挽变换器 • 电路结构简单 • 变压器磁芯双向磁化 • 电路必须有良好的对称性，否则容易引起
直流偏磁导致磁芯饱和 • 变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感
U
2 i min
TO2N
max
POmax 2TS
0 N12SC 108
(2-19)
B
U i TON N1SC 108
(2-20)
根据(2-19)、(2-20)式，可得磁芯上所开气隙长度为
2Po max TS0 B2SC 108
2 20 3.33106 0.4 17002 0.4118 0.75108
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④ DCM模式时，变压器副边整流二极管在原边功率管再次开通前电流已下降到零，没有二极管反向恢复问题； CCM模式时，则存在副边整流二极管的反向恢复问题。
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2.2.2 20W 27VDC/+15V(1.0A)、-5V(0.2A)、 +5V(0.4A)机内稳压电源设计与试验
* 设计为DCM模式； * 采用电流型控制方式； * 功率电路采用RCD箝位反激变换器

反激变换器dcm模式公式推导

反激变换器dcm模式公式推导反激变换器（flyback converter）是一种常见的开关电源拓扑结构之一，其工作原理基于电感储能和开关器件的周期性开关。

当反激变换器处于离散(DCM)模式时，输入电压和输出电压之间的关系可以通过以下公式进行推导：1. 设定以下符号和参数：- $V_{in}$：输入电压- $V_{out}$：输出电压- $D$：开关周期内开关器件导通时间比例（占空比）- $T$：开关周期- $D_{max}$：开关器件最大导通时间比例- $L$：电感器- $C$：输出电容- $N$：变压器变比- $f_s$：开关频率- $V_c$：电容器电压（很小时，近似等于$V_{out}$）- $i_L$：电感器电流2. 离散(DCM)模式下，开关周期分为两个阶段：- Tonic（升压）阶段：开关器件导通，电感器储能- Fly（负载释放）阶段：开关器件关断，电感器释放能量给负载3. 在Tonic阶段，电感器电流的变化率为：$\frac{di_L}{dt} = \frac{V_{in} - V_c}{L}$4. 在Fly阶段，电感器电流的变化率为：$\frac{di_L}{dt} = \frac{-V_c}{L}$5. 因为电感器电流在升压阶段和负载释放阶段之间变化，所以我们可以将Tonic阶段中的电流变化时间分为两个阶段：- $t_{on,1}$：电压从0到$V_c$的时间- $t_{on,2}$：电压从$V_c$下降到0的时间6. 根据电感器电流变化率的方程，我们可以得到：$\frac{di_L}{dt}=\begin{cases}\frac{V_{in}-V_c}{L},&0\leq t\leq t_{on,1}\\\frac{-V_c}{L},&t_{on,1}\leq t \leq (t_{on,1}+t_{on,2})\\\end{cases}$7. 针对两个阶段的电流变化率方程，我们可以对其进行积分得到电感器电流的表达式：$i_L(t)=\begin{cases}\frac{V_{in}}{L}t,&0\leq t \leq t_{on,1} \\\frac{V_{in}}{L}t_{on,1} -\frac{V_c}{L}(t-t_{on,1}),&t_{on,1}\leq t\leq (t_{on,1}+t_{on,2}) \\\end{cases}$8. 在Fly阶段的t时刻，电感器电流$i_L(t)$降为0，因此：$\frac{V_{in}}{L}t_{on,1} - \frac{V_c}{L}(t_{on,1}+t_{on,2}) = 0$推导得到：$t_{on,1} = \frac{V_c}{V_{in}}(t_{on,1}+t_{on,2})$9. 在Tonic阶段的电感器电能变化为：$E_{L,1} = \frac{1}{2}L(i_L(t_{on,1})^2 - 0^2) = \frac{1}{2}L(\frac{V_{in}}{L}t_{on,1})^2 =\frac{1}{2}\frac{V_{in}^2}{L}t_{on,1}^2$10. 在Fly阶段的电感器电能变化为：$E_{L,2} = \frac{1}{2}L(0^2 - (-\frac{V_c}{L}(t_{on,1}+t_{on,2}))^2 =\frac{1}{2}\frac{V_c^2}{L}(t_{on,1}+t_{on,2})^2$11. 根据能量守恒的原理，Tonic阶段的能量改变和Fly阶段的能量改变之和应等于0：$E_{L,1} + E_{L,2} = \frac{1}{2}\frac{V_{in}^2}{L}t_{on,1}^2 +\frac{1}{2}\frac{V_c^2}{L}(t_{on,1}+t_{on,2})^2 = 0$12. 根据上述能量守恒的方程，我们可以解出$t_{on,1}$和$t_{on,2}$的关系：$(V_{in}^2)t_{on,1}^2 + (V_c^2 + 2V_{in}V_c)t_{on,1}t_{on,2} + (V_c^2)t_{on,2}^2 = 0$13. 这是关于未知数$t_{on,1}$和$t_{on,2}$的二次方程，可以使用求根公式求解。

开关电源反激式变压器计算公式与方法

原边电感量：Lp =(Dmax * Vindcmin)/ (fs * ΔIp)开关管耐压：Vmos =Vindcmax+开关管耐压裕量(一般用150V)+Vf*反激电压(Vf)的计算: Vindcmin * Dmax = Vf *（1- Dmax）原边与副边的匝比：Np / Ns = Vf / Vout原边与副边的匝比：Np / Ns = (Vdcmin * Dmax)/ [Vout * (1-Dmax)]原边电流：[1/2 * （Ip1 + Ip2）] * Dmax * Vindcmin = Pout / η磁芯：AwAe = (Lp * Ip2^2 * 10^4 / Bw * Ko * Kj) *原边匝数：Np = (Lp * Ip^2 * 10^4 )/ (Bw * Ae)气隙：lg = π * Np^2 * Ae * 10^-8 / LpLp:原边电感量, 单位：H`Vindcmin:输入直流最小电压,单位：VDmax:最大占空比: 取值~Fs:开关频率 (或周期T),单位：HzΔIp:原边电流变化量,单位：AVmos:开关管耐压，单位：VVf:反激电压：即副边反射电压，单位：VNp:原边匝数,单位：T)Ns:副边匝数,单位：T)Vout:副边输出电压,单位：Vη:变压器的工作效率Ae:磁芯截面积,单位：cm²《Ip2:原边峰值电流，单位：ABw:磁芯工作磁感应强度，单位：T 取值~Ko:窗口有效用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为～Kj:电流密度系数，一般取395A/ cm²(或取500A/cm²)Lg:气隙长度，单位：cm变压器的亿裕量一般取150V什么是反激电压假定原副边的匝比为n，在原边开关管截止时，开关管的高压端电压为Vin(dc)+nVo, nVo即为反激到原边的电压。

在反激电源的工作原理中，原边开关管截止时，变压器能量传递，次级二极管导通，次级绕组两端的电压，会“折射”到原边（用同名端对电位），叠加在开关管高压端。

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反激式变换器输出端电容的原理分析及计算方法
以反激式变换器的实例为大家讲解关于输出端电容的计算，此实例为RCC 拓扑结构，输出功率6W，输出电压5V，输出电压1.2A。

在最小输入电压下，占空比为0.5，工作频率100KHz。

(为了数据简单取频率为整数)
原理分析：
第一：在反激式(RCC拓扑结构)中，输出端的电容是用来存储能量的。

当开关管导通时，输出端电容给负责供电。

那么我们可以从电容的储能入手。

第二：在AC-DC的电源模块中我们一般使用电解电容做储能器件的，不仅仅要从电容的储能来入手，那还要从电容的EMR入手来计算。

由上面可以知道，输出绕组的电流峰值就电容的电流纹波。

2、求出电容的供电时间
由占空比知道，输出电流的峰值IP2=4*1.2A=4.8A;
众所周知，输出绕组的输出电流是三角波，那么输出绕组供电电流小于1.2A的时间占时比为D2=1-D+1/4*(1-D)，求出D2=0.625。

这里认为D2就是输出端电容给负载供电的时间比。

在这里忽略绕组输出电流小于1.2A时，绕组的供电时间。

建议：在看上面的讲解时，为了让你更好的理解，自己最好画出电路图来，也会出输出电流的波形图和输出绕组的电流波形图....
在临界模式下，占空比为0.5时，输入电流峰值为平均值的4倍。